專利名稱：一種硅片的臨時鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造工藝，涉及一種薄硅片的工藝方法，尤其涉及一種應(yīng)用于薄娃片的臨時鍵合方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體芯片對各種元器件集成度和功能越來越高的要求，傳統(tǒng)的二維集成電路已難以滿足其需求，因此一種新的技術(shù)，三維集成電路(3DIC)應(yīng)運而生，其主要原理就是通過將娃片和娃片(Wafer to Wafer)或芯片和娃片(Chip to Wafer)上下層層堆疊的方式來提高芯片或各種電子元器件的集成度。在3DIC工藝中，需要對硅片進(jìn)行減薄，一是為了減少封裝厚度，二是通過減薄來暴露出用于鏈接上下兩硅片的通孔(Via)金屬塞。另外，近年來，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)逐漸成為國內(nèi)半導(dǎo)體分立器件的研究熱點，該類晶體管的集電極是在硅片的背面形成的，因此為了滿足IGBT產(chǎn)品對結(jié)深、擊穿電壓以及散熱的要求，也需要對硅片背面進(jìn)行減薄。根據(jù)3DIC或IGBT產(chǎn)品的要求不同，所需硅片減薄后的厚度也不同(10-200微米)，最低甚至只有IOum (微米)，對于這樣薄如紙的硅片，由于其機械強度的降低以及翹曲度/彎曲度的增加，普通的半導(dǎo)體設(shè)備幾乎難以完成支撐和傳輸動作，碎片率非常高。為了解決這種薄硅片的支撐和傳輸問題，臨時鍵合/解離法是業(yè)界通常采用的工藝方法之一，其主要原理就是將硅片臨時鍵合在一直徑相仿的載片(玻璃、藍(lán)寶石或硅材料)上，利用該載片來實現(xiàn)對薄硅片的支撐和傳輸，同時可以防止薄硅片變形，在完成相關(guān)工藝后再將載片從薄硅片上解離，其工藝流程如圖1所示，包括如下步驟(I)在硅片的鍵合面或/和載片的鍵合面涂布粘合劑，并對其進(jìn)行烘烤；(2)將所述硅片和載片進(jìn)行臨時鍵合；(3)將所述硅片背面研磨減薄；(4)進(jìn)行硅片背面工藝；(5)將減薄后的硅片從載片上解離。在這種臨時鍵合/解離的方法中，所使用的載片直徑通常都比硅片直徑大O. 5-2毫米，主要是基于三點原因一是使用較大直徑的載片，在硅片和載片的鍵合過程中，粘合劑就不容易被“擠”到載片邊緣的側(cè)面，從而可以防止解離時硅片破裂；二是在鍵合的研磨和傳輸過程中，較大直徑的載片可以起到更好的支撐作用；三是使用較大直徑的載片后，鍵合過程中的稍許偏移也不至于使鍵合后的硅片邊緣偏離出載片邊緣。但使用較大直徑的載片又會引入一個新的問題，那就是設(shè)備的兼容性問題，因為我們現(xiàn)有設(shè)備都是按照硅片的直徑來設(shè)計的，對于200毫米直徑的硅片，多數(shù)設(shè)備兼容的直徑范圍為200+/-0. 5毫米，而如果使用直徑比硅片直徑大O. 5毫米(即200. 5毫米)以上的載片來和娃片鍵合，那么鍵合以后的娃片就不可能在現(xiàn)有設(shè)備上完成后續(xù)的工藝，除非對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造或購買新設(shè)備，也即是說要在鍵合后的硅片和鍵合前的普通硅片上完成相同的工藝，需要使用兩套設(shè)備，這就大大降低了生產(chǎn)線上設(shè)備的兼容性和利用率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種硅片的臨時鍵合方法，以解決現(xiàn)有工藝中因載片直徑比硅片直徑大而導(dǎo)致的設(shè)備兼容性問題，以提高設(shè)備的利用率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種硅片的臨時鍵合方法，包括步驟如下(I)將需要鍵合的硅片切割去除一外環(huán)，使其直徑變??；(2)在所述硅片的鍵合面或/和載片的鍵合面涂布粘合劑，并對其進(jìn)行烘烤；(3)將所述硅片和載片進(jìn)行臨時鍵合；(4)將所述硅片背面研磨減薄；(5)進(jìn)行硅片背面工藝；(6)將減薄后的硅片從載片上解離。在步驟⑴中，所述的外環(huán)的寬度為O. 25-1毫米，即硅片直徑減少了 O. 5-2毫米。所述的外環(huán)使用金剛砂刀輪進(jìn)行機械切除。在步驟(2)中，所述的粘合劑是指加熱分解型粘合劑，或激光分解型粘合劑，或溶劑溶解型粘合劑。優(yōu)選的，所述的粘合劑是Brewer Scinece公司的熱分解型粘合劑WaferBOND HT10. 10。在步驟(2)中，所述的涂布粘合劑，是指只在已切除外環(huán)的硅片的鍵合面涂布粘合劑，或只在載片的鍵合面涂布粘合劑，或在已切除外環(huán)的硅片的鍵合面和載片的鍵合面都涂布粘合劑；所述涂布粘合劑的涂布方式采用旋涂方式或噴淋方式；所述的涂布粘合劑在烘烤后的厚度為5-100微米。優(yōu)選的，所述的涂布粘合劑采用旋涂方式在已切除外環(huán)的硅片的鍵合面和載片的鍵合面都涂布粘合劑，在烘烤后，涂布在硅片的鍵合面上的粘合劑以及涂布在載片的鍵合面上 的粘合劑的厚度均為25微米。在步驟⑵中，所述的載片材料是玻璃、藍(lán)寶石或硅中的任一種；所述的載片直徑和切去外環(huán)前的硅片直徑一樣，所述的載片的厚度為200-2000微米。優(yōu)選的，所述的載片采用直徑為200毫米，厚度為500微米的玻璃圓片。在步驟(3)中，所述的臨時鍵合過程在一真空度為O. 001-0.1毫帕的密閉腔體中完成，且需將硅片和載片加熱至80-250°C，并在硅片或載片的一側(cè)施加100-5000牛頓的壓力，鍵合時間為1-20分鐘。優(yōu)選的，所述真空度為O. 01毫帕，加熱溫度為160°C，在載片的一側(cè)施加的壓力為1000牛頓，鍵合時間為5分鐘。在步驟(4)中，所述的硅片研磨減薄方法包括如下三個步驟粗磨、細(xì)磨和拋光；所述粗磨和細(xì)磨采用不同目數(shù)的金剛砂刀輪通過機械研磨方式完成，所述拋光采用化學(xué)機械研磨法、干法刻蝕法或濕法刻蝕法；所述的研磨減薄后硅片的厚度為10-400微米。優(yōu)選的，所述拋光采用濕法刻蝕法；所述的研磨減薄后硅片的厚度為80微米。在步驟(5)中，所述的硅片背面工藝包括刻蝕、光刻、離子注入、去膠或清洗工藝中的一種或多種工藝。在步驟(6)中，所述的解離是指化學(xué)溶劑解離法，或加熱解離法，或激光照射解離法。優(yōu)選的，所述的解離采用加熱解離法，即將鍵合后減薄后的硅片和載片加熱到200-350°C，粘合劑在此溫度下發(fā)生熱分解而失去粘性，從而將減薄后的硅片從載片上滑移解離。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果在鍵合前將需要鍵合的硅片切割去除一外環(huán)，使其直徑變小，而載片直徑和切割前的硅片直徑一樣，因此鍵合后載片的直徑就比硅片直徑大，在滿足現(xiàn)有鍵合/解離工藝要求的同時，也解決了現(xiàn)有鍵合/解離工藝中因載片直徑比硅片直徑大而導(dǎo)致的設(shè)備兼容性問題，提高了設(shè)備的利用率。


圖1是傳統(tǒng)的硅片臨時鍵合/解離工藝流程圖；圖2是本發(fā)明的硅片臨時鍵合/解離工藝流程圖；圖3是本發(fā)明方法的步驟⑴完成前后硅片直徑的對比示意圖；圖4是本發(fā)明的硅片臨時鍵合/解離工藝流程剖面示意圖；其中，圖4㈧是本發(fā)明方法的步驟(I)完成后的剖面示意圖；圖4 )是本發(fā)明方法的步驟(2)完成后的剖面示意圖；圖4(0是本發(fā)明方法的步驟(3)完成后的剖面示意圖；圖4(0)是本發(fā)明方法的步驟
(4)完成后的剖面示意圖；圖4(E)是本發(fā)明方法的步驟(6)完成后的剖面示意圖。圖中附圖標(biāo)記說明如下100-切去外環(huán)以后的硅片，101-切割去除的外環(huán)，IOOa-減薄后的硅片，200-載片，300-粘合劑，a-切去的外環(huán)的寬度，b-切去外環(huán)以前硅片的直徑，C-切去外環(huán)以后硅片的直徑，d-載片的直徑。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明一種硅 片的臨時鍵合方法，其工藝流程如圖2所示，其特征是在傳統(tǒng)的臨時鍵合和解離工藝基礎(chǔ)上，通過在鍵合前將硅片切割去除一外環(huán)，使其直徑減小，而載片直徑和切割前的硅片直徑一樣，因此鍵合后載片的直徑就比硅片直徑大，在滿足現(xiàn)有鍵合/解離工藝要求的同時，也解決了現(xiàn)有鍵合/解離工藝中因載片直徑比硅片直徑大而導(dǎo)致的設(shè)備兼容性問題，提高了設(shè)備的利用率。如圖2所示，本發(fā)明的一種硅片的臨時鍵合方法，其詳細(xì)工藝步驟如下(I)如圖3和圖4(A)所示，將需要鍵合的硅片切割去除一外環(huán)101，使其直徑變??；所述的外環(huán)101的寬度a為O. 25-1毫米，即切去外環(huán)101后的硅片100的直徑c減少了 O. 5-2毫米，所述的外環(huán)101可以使用金剛砂刀輪進(jìn)行機械切除，優(yōu)選地，在本實施例中，切去外環(huán)101前硅片的直徑b為200毫米，所述外環(huán)101的寬度a為O. 5毫米，因此切去外環(huán)101后硅片100的直徑c為199毫米。需要說明的是，因為一般硅片周邊3毫米以外都沒有有效的芯片(chip)，因此切去O. 25-1毫米的外環(huán)101不會減少硅片上的有效芯片數(shù)量。(2)在硅片100的鍵合面或/和載片200的鍵合面涂布粘合劑300，并對其進(jìn)行烘烤；圖4 )所示的是只在硅片100的鍵合面涂布粘合劑300，根據(jù)不同的工藝需求，也可以只單獨在載片200的鍵合面涂布粘合劑300，或在硅片100的鍵合面和載片200的鍵合面都涂布粘合劑300 ;所述粘合劑300是指加熱分解型粘合劑(如Brewer Scinece公司的WaferBOND HT10. 10)，或激光分解型粘合劑(如3M公司的LC3200和LTHC)，或溶劑溶解型粘合劑(如TOK公司的A0006和A4001)，也即這些粘合劑300的材料在加熱到一定溫度，或經(jīng)一定功率的激光照射，或被特定的有機溶劑溶解以后，會因為發(fā)生了化學(xué)分解而降低或失去其粘性；粘合劑300的涂布方式有兩種，一是旋涂(Spin Coat)方式，另一種是噴淋(Spray)方式；所述粘合劑300經(jīng)烘烤后的厚度為5-100微米，以保證在硅片100和載片200鍵合后，粘合劑300能充分覆蓋硅片100鍵合面的臺階高度；優(yōu)選地，本實施例中所選用的粘合劑300是Brewer Scinece公司的熱分解型粘合劑WaferBOND HT10. 10，采用旋涂的方式分別在硅片100的鍵合面和載片200的鍵合面進(jìn)行涂布，且烘烤以后兩者的厚度均為25微米。另外，所述載片200的直徑d和切去外環(huán)101前硅片的直徑b大一樣，其厚度為200-2000微米，且所述載片200的材料是玻璃、藍(lán)寶石或硅中的任一種。優(yōu)選地，本實施例采用直徑d為200毫米，厚度為500微米的玻璃圓片作為載片200。(3)如圖4(C)所示，將硅片100和載片200進(jìn)行臨時鍵合該鍵合過程在一真空度為O. 001-0.1毫帕的密閉腔體中完成，且需加熱硅片100和載片200至80-250°C，并在硅片100或載片200的一側(cè)施加100-5000牛頓的壓力，鍵合時間為1_20分鐘，優(yōu)選地，本實施例的上述鍵合條件分別為真空度O. 01毫帕，加熱溫度160°C，在載片200 —側(cè)施加的壓力為1000牛頓，鍵合時間為5分鐘。圖4(C)所示的鍵合后的硅片100因為已經(jīng)切去一外環(huán)，所以其直徑c為199毫米，而載片200的直徑d為200毫米。(4)如圖4(D)所示，對硅片100進(jìn)行研磨減薄；所述的研磨減薄被實施在鍵合面的另一面，研磨減薄方法一般包括三個步驟粗磨、細(xì)磨和拋光，粗磨和細(xì)磨一般用不同目數(shù)的金剛砂刀輪通過機械研磨方式完成，而拋光步驟則可用化學(xué)機械研磨(CMP)、干法刻蝕或濕法刻蝕等方法來完成。優(yōu)選地，本實施例采用濕法刻蝕的方法來進(jìn)行研磨后的拋光。研磨后的娃片IOOa的厚度取決于產(chǎn)品需求,一般為10-400微米,本實施例優(yōu)選的研磨后娃片IOOa的厚度為80微米。(5)進(jìn)行硅片背面工藝，所述的背面工藝包括刻蝕、光刻、離子注入、去膠或清洗等工藝中的一種或多種業(yè)界常用工藝。(6)圖4(E)所示，將減薄后 的硅片IOOa從載片200上解離；所述的解離主要有化學(xué)溶劑解離法，加熱解離法，激光照射解離法等，優(yōu)選地，本實施例采用加熱解離法，即將鍵合后減薄后的硅片IOOa和載片200加熱到一定溫度(如200-350°C )，粘合劑在此溫度下發(fā)生熱分解而失去粘性，從而可以將減薄后的硅片IOOa從載片200上滑移解離。
權(quán)利要求
1.一種硅片的臨時鍵合方法，其特征在于，包括步驟如下(1)將需要鍵合的硅片切割去除一外環(huán)，使其直徑變?。?2)在所述硅片的鍵合面或/和載片的鍵合面涂布粘合劑，并對其進(jìn)行烘烤；(3)將所述娃片和載片進(jìn)打臨時鍵合；(4)將所述硅片背面研磨減??；(5)進(jìn)行硅片背面工藝；(6)將減薄后的硅片從載片上解離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的外環(huán)的寬度為O.25-1毫米，即切割后硅片直徑減少了 O. 5-2毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的外環(huán)使用金剛砂刀輪進(jìn)行機械切除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的粘合劑是指加熱分解型粘合劑，或激光分解型粘合劑，或溶劑溶解型粘合劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于,在步驟(I)中，所述的粘合劑是Brewer Scinece公司的熱分解型粘合劑WaferBOND HT10. 10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的涂布粘合劑，是指只在已切除外環(huán)的硅片的鍵合面涂布粘合劑，或只在載片的鍵合面涂布粘合劑，或在已切除外環(huán)的硅片的鍵合面和載片的鍵合面都涂布粘合劑；所述涂布粘合劑的涂布方式采用旋涂方式或噴淋方式；所述的涂布粘合劑在烘烤后的厚度為5-100微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的涂布粘合劑采用旋涂方式在已切除外環(huán)的娃片的鍵合面和載片的鍵合面都涂布粘合劑，在供烤后，涂布在娃片的鍵合面上的粘合劑以及涂布在載片的鍵合面上的粘合劑的厚度均為25微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的載片材料是玻璃、藍(lán)寶石或娃中的任一種；所述的載片直徑和切去外環(huán)前的娃片直徑一樣，所述的載片的厚度為200-2000微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的載片采用直徑為 200毫米，厚度為500微米的玻璃圓片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述的臨時鍵合過程在一真空度為O. 001-0.1毫帕的密閉腔體中完成，且需將硅片和載片加熱至80-250°C，并在硅片或載片的一側(cè)施加100-5000牛頓的壓力，鍵合時間為1-20分 鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述真空度為O.01毫帕，加熱溫度為160°C，在載片的一側(cè)施加的壓力為1000牛頓，鍵合時間為5分鐘。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述的硅片研磨減薄方法包括如下三個步驟粗磨、細(xì)磨和拋光；所述粗磨和細(xì)磨采用不同目數(shù)的金剛砂刀輪通過機械研磨方式完成，所述拋光采用化學(xué)機械研磨法、干法刻蝕法或濕法刻蝕法；所述的研磨減薄后硅片的厚度為10-400微米。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述拋光采用濕法刻蝕法；所述的研磨減薄后硅片的厚度為80微米。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，所述的硅片背面工藝包括刻蝕、光刻、離子注入、去膠或清洗工藝中的一種或多種工藝。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，所述的解離是指化學(xué)溶劑解離法，或加熱解離法，或激光照射解離法。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在步驟(6)中，所述的解離采用加熱解離法，即將鍵合后減薄后的硅片和載片加熱到200-350°C，粘合劑在此溫度下發(fā)生熱分解而失去粘性，從而將減薄后的硅片從載片上滑移解離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅片的臨時鍵合方法，包括步驟如下1)將需要鍵合的硅片切割去除一外環(huán)，使其直徑變小，2)在所述硅片的鍵合面或/和載片的鍵合面涂布粘合劑，并對其烘烤，3)將所述硅片和載片進(jìn)行臨時鍵合，4)將所述硅片背面研磨減薄，5)進(jìn)行硅片背面工藝，6)將減薄后的硅片從載片上解離。本發(fā)明因使用了和硅片直徑一樣的載片進(jìn)行鍵合，使鍵合后的硅片在其背面進(jìn)行傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝時，所使用的設(shè)備能和鍵合前的設(shè)備兼容，解決了傳統(tǒng)鍵合/解離工藝中因必須使用較硅片直徑更大的載片而引起的設(shè)備兼容性問題，提高了設(shè)備的利用率。
文檔編號H01L23/00GK103035581SQ20121025812
公開日2013年4月10日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者郭曉波 申請人:上海華虹Nec電子有限公司